自行車的奇幻旅程

□ 葉 茂

自行車我們都很熟悉了，“纖細苗條”的身子，簡簡單單的構(gòu)造，一對車把、一個坐墊、一段鏈條再加兩個輪胎，這些普通的東西就組成了經(jīng)典的交通工具，騎上它仿佛就能走遍世界。當然，這種想法不太現(xiàn)實，世界那么大，單靠自行車很難走遍，好在科技發(fā)展至今，交通工具發(fā)生了翻天覆地的變化，未來，自行車又會發(fā)生什么變化呢？

自行車的成長史

想知道自行車未來會怎樣，我們還得從它的過去說起。

自行車剛出現(xiàn)時可不是現(xiàn)在這樣的，當初的它比現(xiàn)在更加“其貌不揚”。1790 年，一位法國年輕人由于被路過的四輪馬車濺了一身水，一氣之下拆掉了馬車的兩個輪子，制造了世界上最早的自行車。由此，我們可以想象出這輛初代自行車的樣子：一根長條木板架在兩個輪子上，既沒有車頭車把，也沒有鏈條軸承，就連原來套馬的結(jié)構(gòu)也被省掉了。想要這輛自行車動起來，騎車人得用自己的大長腿在地上“劃動”，沒錯，就是電動車沒電時人們推動電動車那樣，雙腳用力蹬地前行。人們要轉(zhuǎn)彎時就要下車，通過搬動車子來扭轉(zhuǎn)前進方向。

你一定會說，這種東西怎么能叫自行車呢？當時的人們也這么想，因此很長一段時間里，這所謂的自行車都被人們棄如敝履。直到1817 年，德國的看林人德萊斯再次獨立發(fā)明了自行車。德萊斯用兩個木輪、一個鞍座、一個安在前輪上起控制作用的車把，制成了一輛輪車。制成后，他每天就坐在車上，用雙腳蹬地驅(qū)動自行車，在樹林里巡邏，而不用再像之前一樣，整天走來走去。剛開始，人們對此還是不以為然，他們認為這種自行車比馬車差遠了，沒想到事實讓人大跌眼鏡：在一次比賽中，德萊斯騎著自行車僅用4 個小時就到達了終點，馬車卻用了15 個小時。從這時起，人們開始重視自行車，紛紛加入了改良自行車的大軍。

現(xiàn)在我們熟悉的自行車是許多人一點點“拼湊”出來的。

1839 年，英國人馬克米廉發(fā)明了腳蹬，將它裝在自行車的前輪上，從此人們就不必再以蹬地的方式推動車子，騎車更加省力了。

1869 年，法國人吉爾梅首次將鏈條裝到了自行車上，通過此前人們發(fā)明的曲柄、輻條和軸承等將鏈條與輪胎聯(lián)系在一起，當人們蹬車時，鏈條會將動力傳給后輪，車子就會動起來。

1886 年出現(xiàn)的自行車已經(jīng)與現(xiàn)代自行車基本相同，英國工程師斯塔利給自行車裝上了前叉和車閘，用鋼管制成了菱形車架，還首次使用了橡膠車輪。從那時起，騎著自行車出行，變成了人們司空見慣的場景。

自行車為什么這么穩(wěn)

縱觀自行車的發(fā)展史，你會發(fā)現(xiàn)，自行車更像是一種隨手造出的玩具，為什么將馬車鋸掉一半造出的自行車還能正常行駛？馬車用四個輪子才能保持穩(wěn)定，兩個輪子的自行車如何保持穩(wěn)定呢？這個問題科學家們至今還沒搞明白。

最開始，人們聯(lián)想到的是陀螺，陀螺的主體是圓盤狀的，靜止狀態(tài)下是不可能保持穩(wěn)定的，但一旦開始旋轉(zhuǎn)，除非遇到強大的外力干擾，否則它能保持很長一段時間的勻速運動，久久都不會停下來。這與自行車不是很相似嗎？自行車靜止時，兩個圓環(huán)形的輪胎是不能讓它保持穩(wěn)定的，但自行車運動一段時間后，不需要包括人力在內(nèi)的其他支撐物，自行車能平穩(wěn)地運行很長一段時間。由此，人們提出了“陀螺效應”，在高速運動時，陀螺能產(chǎn)生一個與重力方向相反、大小相等的作用力，這使得它在運動時能屹立不倒，而自行車的運動則與此相似。

這種說法感覺很有道理，因此從19 世紀末提出開始，人們大多相信了這種說法。直到1970 年，一位名叫大衛(wèi)·瓊斯的英國科學家證偽了這一說法。瓊斯造出了一輛奇怪的自行車：他在一輛普通的自行車的前輪旁邊平行安裝了一個不和地面接觸、旋轉(zhuǎn)速度與前輪相同的車輪。當附加的車輪與前輪旋轉(zhuǎn)方向相同時，會使陀螺效應加倍，而當旋轉(zhuǎn)方向相反時，整體的陀螺效應則會抵消為零。有意思的是，試驗結(jié)果表明，無論陀螺效應加倍還是消失，都不影響自行車的穩(wěn)定性。

據(jù)此，瓊斯提出了一個新理論：“前輪尾跡”，他認為由于前輪重心比車把更靠前，當車傾倒時，車頭也會朝同一個方向歪掉，這樣車子的重心就會發(fā)生反向的偏移，車身最終得以平衡。

但瓊斯的理論又被另一輛奇怪的自行車推翻了：2011 年，荷蘭的研究者造出了一輛既不符合陀螺效應也不符合前輪尾跡的自行車，它的前后輪分別有兩個，大小相同，旋轉(zhuǎn)方向相反，而且，它的前輪遠遠落在車把之后。試驗結(jié)果表明，這樣的“兩無”自行車仍然能夠穩(wěn)定行駛。吸取了教訓的研究人員表示，自行車到底為什么能保持平衡，他們也不知道。從此，自行車保持平衡的“秘訣”更加撲朔迷離起來。

自行車的奇特未來

沒搞懂自行車的平衡原理不要緊，至少，工程師們知道了，不那么中規(guī)中矩的自行車也能穩(wěn)定行駛，這樣，未來的自行車就能往各種神奇的方向展開了。

英國賽車手克里斯·博德曼設計的智能自行車是簡約派的代表，整輛車看不到一點金屬線條，剎車裝置、傳動鏈條和輪胎輻條通通沒有，座位也僅靠一段碳纖維與車頭相連。不過，這輛車的功能可不少，車上設計有指紋安全掃描儀、太陽能備用發(fā)動機和車載電腦。車子的指紋解鎖加強了防盜功能，如果想要鍛煉可以通過腳踏板驅(qū)動內(nèi)置齒輪，累了的話太陽能電池能讓車子秒變電動車，內(nèi)置電腦還能播放音樂，開啟一段舒適的兜風旅程。

中國一位設計師放棄了自行車通常的三角車身，設計了一個由圓環(huán)結(jié)構(gòu)串聯(lián)在一起的可變車架，由此將車頭、車座、鏈條和后輪全部連接在一起。由于這些圓環(huán)結(jié)構(gòu)的角度均可調(diào)整，因此，整個車身能自由變化——銳角三角形、正方形、鈍角三角形乃至折線都可以被折疊出來，無論你是個多么挑剔的人，都可以找到最適合自己的位置。另外，這款自行車還內(nèi)置了諸多傳感器，能提供包括車速、消耗的卡路里數(shù)量等數(shù)據(jù)，并通過LED 顯示屏進行顯示，滿足了人們的健身需求。

美國一家公司設計的“懸浮自行車”是為了網(wǎng)絡生活而生的，它不僅能作為“充電寶”，還是一款“路由器”。用戶在騎車的過程中，其內(nèi)置電池能將踩踏時產(chǎn)生的動力轉(zhuǎn)化成電能，插上配套的USB 插頭就能給其他電子產(chǎn)品充電。這款自行車還內(nèi)置一個WiFi 熱點，在騎行過程中電子設備也能夠聯(lián)網(wǎng)。不過這款自行車的騎行體驗可能不會太好，因為它的座椅比車頭還要高，而且這個座椅也僅僅是一塊橫板，這種設計是為了增強整個車架的強度。

工程師們還有許多更神奇的設計，比如配有方形輪胎的自行車、車架呈“×”形的可折疊自行車、前后輪大小不同的變速自行車等，它們有著各自不同的功能。作為廉價、環(huán)保的代表，自行車這種簡單的交通工具在未來還會煥發(fā)出新的生機，讓我們拭目以待吧。